稻壳基DTPA修饰二氧化硅气凝胶的制备及其对水中Pb2+的高效去除研究

研究人员针对重金属Pb2+污染问题，利用稻壳制备二氧化硅气凝胶（SA），通过壳聚糖（CS）和二乙烯三胺五乙酸（DTPA）修饰，开发出新型SA/CS-DTPA吸附剂。该材料在pH 6、30°C条件下对40 ppm Pb2+去除率达85.03%，最大吸附容量74.85 mg/g，且可循环使用4次。研究为农业废弃物资源化及重金属污染治理提供了高效解决方案。

　　

论文解读

随着化学工业的快速发展，全球水体重金属污染问题日益严峻。铅（Pb）作为美国环保署（EPA）重点管控污染物，其饮用水标准限值仅为15 μg/L。传统处理方法如化学沉淀、膜过滤等存在能耗高、污泥产量大等缺陷，而吸附法因高效经济成为研究热点。然而，商用活性炭成本高昂，农业废弃物如稻壳（RH）因其高硅含量和可再生特性，成为制备低成本吸附剂的理想原料。

为开发高效铅吸附材料，河内科学技术大学的研究团队创新性地以稻壳为原料制备二氧化硅气凝胶（SA），并通过壳聚糖（CS）和螯合剂二乙烯三胺五乙酸（DTPA）修饰，构建了SA/CS-DTPA复合材料。该研究发表于《Inorganic Chemistry Communications》，系统评估了材料对Pb²⁺的去除性能及机理。

研究采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等技术表征材料结构，通过批次吸附实验优化反应条件。结果表明：原始SA具有267.09 m²/g的高比表面积，经CS和DTPA修饰后虽降至一半，但Pb²⁺吸附能力显著提升。在pH 6、30°C条件下，0.5 g/L SA/CS-DTPA对40 ppm Pb²⁺的去除率达85.03%，吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，最大吸附容量为74.85 mg/g。竞争吸附实验显示，材料对Pb²⁺和酒石酸（TA）的选择性最佳，去除率分别为69.84%和88.83%。经4次再生循环后，吸附效率仍保持首次的72%。

材料与方法
研究团队从越南Thai Binh省采集稻壳，经酸洗处理后制备硅酸钠溶液，通过溶胶-凝胶法制备SA。采用CS作为粘结剂，DTPA作为功能化试剂，通过物理混合和化学交联制备复合材料。表征技术包括SEM-EDX（能量色散X射线光谱）、HR-TEM（高分辨透射电镜）、N₂吸附/脱附等。吸附实验考察了pH、温度、初始浓度等因素的影响。

研究结果

1. 材料表征：XRD显示SA/CS-DTPA保持非晶态结构；FT-IR证实DTPA成功接枝到SA表面，特征峰包括3269 cm^-1（O-H/N-H伸缩振动）和1635 cm^-1（C=O振动）。
2. 吸附性能：Langmuir模型拟合表明吸附为单层化学吸附，热力学参数ΔG^o为负值，证实过程自发。
3. 实际应用：在含多种离子的模拟废水中，材料对Pb²⁺表现出优异选择性。

结论与意义
该研究成功将农业废弃物转化为高性能吸附剂，SA/CS-DTPA通过DTPA的羧基与Pb²⁺的强配位作用实现高效捕获。材料兼具低成本（稻壳原料）、高稳定性（酸性耐受）和易再生等优势，为重金属污染治理提供了可持续解决方案。研究不仅拓展了稻壳高值化利用途径，更为开发环境友好型吸附剂提供了理论依据和技术参考。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加主观推断）